文章摘要:變頻調(diào)速的原理及電機系統(tǒng)節(jié)能改造電機是一種應用量大、使用范圍廣的高耗能動力設備。據(jù)統(tǒng)計,我國的總裝機容量約為4億千瓦,年耗電量約為6000億kwh,約占工業(yè)用電的70-80%.我國以中小型電機為主,約占80%,而中小型電機耗損的電量卻占總損耗量的90%.
變頻調(diào)速的原理及電機系統(tǒng)節(jié)能改造電機是一種應用量大、使用范圍廣的高耗能動力設備。據(jù)統(tǒng)計,我國的總裝機容量約為4億千瓦,年耗電量約為6000億kwh,約占工業(yè)用電的70-80%.我國以中小型電機為主,約占80%,而中小型電機耗損的電量卻占總損耗量的90%.
電機在我國的實際應用中,同國外相比差距很大,機組效率為75%,比國外低10%;系統(tǒng)運行效率為30-40%,比國際先進水平低20-30%.因此在我國中小型電機具有極大的節(jié)能潛力,推行電機節(jié)能勢在必行。
由于異步電機結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格低廉、堅固耐用、運行可靠,可用于惡劣的環(huán)境等優(yōu)點,在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。特別是對各行各業(yè)的泵類和風機的拖動上非彼莫屬,因此,拖動泵類和風機的電機節(jié)能工作倍受重視。
隨著科學技術的飛速發(fā)展,特別是電力電子技術、微電子技術、自動控制技術的高度發(fā)展和應用使變頻器的節(jié)能效果更為顯著。
它不但能實現(xiàn)無級調(diào)速,而且在負載不同時,始終高效運行,有良好的動態(tài)特性,能實現(xiàn)高性能、高可靠性、高精度的自動控制。相對于其它調(diào)速方式(如:降壓調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、交流串級調(diào)速等),變頻調(diào)速性能穩(wěn)定、調(diào)速范圍廣、效率高,隨著現(xiàn)代控制理論和電力電子技術的發(fā)展,交流變頻調(diào)速技術日臻完善,它已成為交流電機調(diào)速的最新潮流。變頻調(diào)速裝置(變頻器)已在工業(yè)領域得到廣泛應用。
使用變頻器調(diào)速信號傳遞快、控制系統(tǒng)時滯小、反應靈敏、調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制精度高、使用方便、有利于提高產(chǎn)量、保證質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本,因而使用變頻器是廠、礦企業(yè)節(jié)能降耗的首選產(chǎn)品。
變頻電機節(jié)電器是一種革命性的新一代電機專用控制產(chǎn)品,基于微處理器數(shù)字控制技術,通過其內(nèi)置的專用節(jié)電優(yōu)化控制軟件,動態(tài)調(diào)整電機運行工程中的電壓和電流,在不改變電機轉(zhuǎn)速的條件下,保證電機的輸出轉(zhuǎn)矩與負荷需求精確匹配,從而有效避免電機因出力過度造成的電能浪費。
交流電動機是當前應用最廣泛的電機,約占各類電動機總數(shù)的85%,它具有結(jié)構(gòu)簡單、價廉、不需維護等優(yōu)點,但它的弱點是調(diào)速困難,因而在許多應用場合受到限制或借助機械方式來實現(xiàn)調(diào)速。
變頻器就負載類型而言主要有兩方面的典型應用:
1、恒轉(zhuǎn)矩應用;
2、變轉(zhuǎn)矩應用。
就應用的目的而言主要有:
1、以改進工藝為主要目的,確保工藝過程中的最佳轉(zhuǎn)速、不同負載下的最佳轉(zhuǎn)速以及準確定位等。以其優(yōu)良的調(diào)速性能,提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高舒適性,使設備合理化,適應或改善環(huán)境等。
2、以節(jié)能為主要目的--以流量或壓力需要調(diào)節(jié)的風機、泵類機械的轉(zhuǎn)速控制來實現(xiàn)節(jié)能改造效果非常顯著。
變頻調(diào)速的原理
在企業(yè)所使用的耗電設備中風機、水泵、空壓機、液壓油泵、循環(huán)泵等電機類負載占絕大多數(shù)。由受到技術條件限制,這類負載的流量、壓力或風量控制系統(tǒng)幾乎全部是閥控系統(tǒng),即電機由額定轉(zhuǎn)速驅(qū)動運轉(zhuǎn),系統(tǒng)提供的流量、壓力或風量恒定,當設備工作需求發(fā)生變化時,由設在出口端的溢流、溢壓閥或比例調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)負載流量、壓力或風量、從而滿足設備工況變化的需要。而經(jīng)溢流溢壓閥或比例調(diào)節(jié)閥溢流溢壓后,會釋放大量的能量,這部分耗散的能量實際上是電機從電網(wǎng)吸收能量中的一部分,造成了電能極大的浪費。
從這類負載的工作特性可知,其電機功率與轉(zhuǎn)速立方成正比,而轉(zhuǎn)速又與頻率成正比。如果我們改變電機的工作方式, 讓它不總是在額定工作頻率下運轉(zhuǎn),而是改由變頻調(diào)整控制系統(tǒng)進行啟停控制和調(diào)整運行,則其轉(zhuǎn)速就可以在0~2900r/min的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),即輸出的流量、壓力或風量也隨之可在0~100%范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),使之與負載的工作需要求精確匹配,從而達到節(jié)能降耗的目的。
交流電機轉(zhuǎn)速如下:
n=60f(1-s)/p
其中式中:
n=電機轉(zhuǎn)速
f=電源頻率
p=電機的極對數(shù)
s=轉(zhuǎn)差率
由式可見,交流電動機的同步轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比,所以改變電源頻率就能改變電機轉(zhuǎn)速,從而實現(xiàn)調(diào)速的目的。
變頻調(diào)速節(jié)電原理
變頻調(diào)速節(jié)電,顧名思義,變頻調(diào)速才能節(jié)電。下面主要對兩類典型負載應用的節(jié)電原理作一下分析。
恒轉(zhuǎn)矩負載類應用
恒轉(zhuǎn)矩負載即不管轉(zhuǎn)速如何變化,負載轉(zhuǎn)矩是恒定的。
如下公式:P=K*T*N
K=系數(shù)
P=軸功率
T=負載轉(zhuǎn)矩
N=轉(zhuǎn)速
從上述公式可以看到,軸功率與電機的轉(zhuǎn)速成正比,當由于工藝的需要而調(diào)整電機速度時,自然可以達到相應比例節(jié)電的目的。
變轉(zhuǎn)矩負載類應用
離心風機、泵類是屬于典型的變轉(zhuǎn)矩負載,其工作特點是:大多數(shù)是長期連續(xù)運行,由于負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比,所以一旦轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速,就會造成電機的嚴重過載,因此風機、泵類一般不超過額定頻率運行。
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變頻調(diào)速系統(tǒng)與高效電機的節(jié)能分析:電機高效節(jié)能的兩種重要方式:變頻調(diào)速系統(tǒng)與高效電機。分析了變頻調(diào)速系統(tǒng)在風機與泵類負載中的節(jié)能原理與特點;高效電機提高效率降低損耗的措施,與普通電機區(qū)別的特點。
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